Física2ª sérieBNCC EM13CNT106Difícil⏱ longo

(Dissertativa) Comunidade remota consome E_day = 250 kWh/dia e pico P_peak = 30 kW; conexão à rede a 40 km…

Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva

Habilidade BNCC EM13CNT106

Avaliar, com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais, tecnologias e possíveis soluções para as demandas que envolvem a geração, o transporte, a distribuição e o consumo de energia elétrica, considerando a disponibilidade de recursos, a eficiência energética, a relação custo/benefício, as características geográficas e ambientais, a produção de resíduos e os impactos socioambientais e culturais.

Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).

Questão

(Dissertativa) Comunidade remota consome E_day = 250 kWh/dia e pico P_peak = 30 kW; conexão à rede a 40 km inviável. Recursos: irradiância média G = 5,0 kWh/m²·dia, painel ?_p = 0,18, perdas de sistema ?_sys = 0,75, bateria ?_batt = 0,88, DoD = 0,80, autonomia desejada = 2 dias, tensão nominal do banco 48 V. Gerador diesel: rendimento elétrico ?_g = 0,35; energia do combustível = 10 kWh/L. Proponha e avalie um sistema PV + baterias + gerador: dimensione potência PV (kW), capacidade baterias (kWh e Ah a 48 V), potência do gerador (kW) e consumo diesel (L/dia) se o gerador fornecer 30% da energia diária. Considere disponibilidade, eficiência, relação custo/benefício e impactos ambientais.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Cálculos de referência: 1) Potência PV necessária: P_PV = E_day / (G·?_p·?_sys) = 250 kWh / (5,0 kWh/m²·dia·0,18·0,75) = 250 / 0,675 ˜ 370,4 kW. 2) Capacidade de armazenamento (energia útil necessária): E_batt_útil = E_day·autonomia = 250·2 = 500 kWh. Considerando eficiência e DoD, capacidade nominal E_batt = E_batt_útil /(?_batt·DoD) = 500 /(0,88·0,80) ˜ 710,2 kWh. Em Ah a 48 V: Q = (710,2 kWh·1000) / 48 V ˜ 14 796 Ah. 3) Potência do gerador: para cobrir picos e garantir margem, escolha P_gen ˜ 1,2·(fração de pico atendida) = 1,2·(0,30·P_peak) = 1,2·(0,30·30 kW) = 10,8 kW (valor prático ~11 kW). 4) Consumo diesel se gerar 30% da energia diária: E_gen = 0,30·250 kWh = 75 kWh/dia. Energia elétrica por litro de diesel = 10 kWh/L·?_g = 10·0,35 = 3,5 kWh/L. Litros/dia = E_gen / 3,5 ˜ 21,4 L/dia. Avaliação: o grande P_PV (~370 kW) reflete alta demanda; baterias ~710 kWh têm custo e impacto ambiental na produção, mas reduzem uso de diesel (˜21 L/dia) e emissões. Se o custo de conexão de 40 km for elevado, solução PV+bateria é favorável a longo prazo; porém a geração solar é intermitente e exige sobredimensionamento ou maior participação do gerador/demand-side management para reduzir P_PV e E_batt. Recomendações: analisar custo por kW_instalado e por kWh armazenado, incluir inversores/controle, considerar sombreamento e expansão futura; avaliar alternativa híbrida com aerogerador local (se recurso eólico disponível) ou divisão de carga por horários para reduzir pico e dimensionar gerador menor.

Explicação

A resposta apresenta um dimensionamento adequado do sistema PV, baterias e gerador, considerando a demanda energética da comunidade e as eficácias dos componentes. Os cálculos são fundamentados em princípios de energia renovável e eficiência, garantindo que o sistema atenda às necessidades energéticas com uma abordagem sustentável. Além disso, a avaliação inclui aspectos econômicos e ambientais, oferecendo uma visão holística da viabilidade do sistema proposto.

Raio-X da questão

Dificuldade Difícil

Bloom Avaliar

Leitura alto

Discriminação alto

Peso pedagógico alto

Autonomia do enunciado completo

Cobertura da habilidade multipla

🧪 Simulado🩺 Diagnóstico🧮 Exige cálculo🏠 Cotidiano🔗 Interdisciplinar⭐ Representativa✍️ calculativa🧩 desafio

🎯 Conceito central

dimensionamento de sistema PV

📌 Objetivo

avaliacao

🧱 Pré-requisitos

dimensionamento de sistemas de energia · cálculo de eficiência energética

📚 Reveja

Revisar os conceitos de dimensionamento de sistemas fotovoltaicos e eficiência de geradores.

⚠️ Erro mais comum

O aluno pode confundir a relação entre a potência do gerador e a energia total necessária, subestimando a capacidade do sistema PV.

🌎 Tema transversal

ciencia_tecnologia

🤝 Socioemocional

pensamento_critico

🏫 Contexto

cientifico

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